Способ получения пиролитического углерода Советский патент 1993 года по МПК C01B31/02 

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в металлургических процессах, например в

оксовом способе производства желебесза.

В современном способе бескоксового пол/чения железа после восстановления желэзорудных окатышей требуется науглероживание свежевосстановленного железа окатышей для облегчения последующего электротермического переплава их. Науглероживание производится выделяемым в про род:

род|а углеродом. Процесс разложения углеродсодержащего газа ускоряется в присутствии катализатора.

Известный способ разложения углерод- содержащих газов имеет недостаточно выдессе пиролиза подаваемого в печь при- юго газа (метана) или мэнооксида углепоказатели по скорости разложения и честву выделяемого сажистого углероСОК1КОЛ1/

да при повышенных температурах.

Делью изобретения является интенсификация процесса и повышение степени ис- поль зования метана.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения углерода из углеродсо- держащих газов пиролизом для увеличения количества получаемого углерода и степени использования газа в реакционной зоне возбуждают акустические колебания с уровнем звукового давления 130-145 дБ и частотой 4-15 кГц.

Известно, что скорости физико-химических превращений, протекающих на границе газ-твердое, газ-жидкость, определяются самой медленной стадией, связанной с подводом вещества к реагирующей поверхности и отводом образующих компонентов. Эта стадия происходит в пограничном слое диффузионно на молекулярном уровне, где скорости конвективных потоков спадают до нуля. Один из методов увеличения массопередачи в газообразных средах является увеличение скорости потока с помощью интенсивных звуковых колебаний. В звуковом поле толщина пограничного слоя уменьшается, снижение толщины пбгра- ничного слоя в звуковом поле ускоряет тепломассообменные процессы за счет увеvS

Ё

4 Ю

СО

XI ел

личения градиента концентрации веществ или температуры в пограничном слое.

Способ был испытан на примере разложения метана, которое проводилось как без катализатора, так и в его присутствии, в качестве катализатора использовались ме- таллизованные железорудные окатышы,

П р и м е р 1. Озвученный или неозвученный метан при расходе 4,8 л/ч пропускался через реакционную кварцевую трубку, помещенную в электрическую печь, последняя нагревалась до 1000°С со скоростью 5°/мин. Показано, что в акустическом поле выделение сажистого углерода за счет пиролиза метана начинается при более низких температурах (на ), т.е. при 800-810°С в акустическом поле вместо 860- 870°С без такового. Исследования в акустическом поле проводились при уровне звукового давления 120-155 дБ и частоте 2,5-16,5 кГц. Выделение сажистого углерода начинается при уровне звукового давления 130 дБ и частоте 4 кГц. При уровне звукового давления более 145 дБ и частоте более 15 кГц количество выделенного сажистого углерода оставалось практически постоянным.

П р и м е р 2. На описанной в примере 1 установке в качестве катализатора использовались дробленые металлизованные железорудные окатышы (крупностью 0,14- 0,65 мм), массой 1,0-1,5 г. Расход природного газа поддерживался постоянным и составлял 4,8 л/ч. Исследования проводили в интервале температур 300-450°С и 800- 1000°С продолжительностью 20-60 мин. Накладываемые звуковые колебания имели частоту 4,6 кГц и уровень звука 140 дБ. Степень разложения метана определяли по количеству выделенного углерода весовым методом.

Изменение продолжительности пропускания газа через реакционную зону в присутствии катализатора при температуре 450°С от 20 до 60 мин показало, что в среднем при озвучивании среды количество выделенного в минуту сажистого углерода возросло на 11,4% (17.66 х 10 вместо 15,85x10 4 г/мин).

Изменение температуры от 300 до 450°С (через 50°С) при продолжительности пропускания газа 30 мин. за.опыт в среднем при озвучиваний среды количества выделенного в минуту сажистого углерода возросло на 8.1 % 922,74 х вместо 21,04 х х г/мин).

Изменение температуры с 800 до 1000°С (табл.1) при продолжительности пропускания газа 30 мин за опыт в среднем

при озвучивании среды количество выделенного в мин. сажистого углерода возросло на 17,7% (207,94 х 10 вместо 176 х г/мин).

Проведенное исследование показывает, что при наложении акустических колебаний в зоне разложения мётана скорость реакции значительно увеличивается (8,1- 11,4%). С ростом температуры эффект возрастает (17,7%).

Исследование влияния частоты колебаний и уровня звукового давления на процесс пиролиза метана проведено при 900°С, частота колебаний изменялась от 0 до 16,5 кГц,

уровень звукового давления - от 120 до 150дБ.

В табл.2 приведены средние количества выделенного углерода при пиролизе метана в зависимости от частоты колебаний. Видно,

что наиболее интенсивное выделение углерода происходит при частоте колебаний 4- 15 кГц.

В табл. 3 приведены средние количества выделенного углерода при пиролизе метана в зависимости от уровня звукового давления. Наибольшее выделение углерода наблюдается при уровне звукового давления 130-145 дБ. При этом повышается степень использования метана на 13,716,3%.

Таким образом, наложение акустических колебаний в углеродсодержащем газе способствует его разложению с выделением углерода, В акустическом поле разложение

углеродсодержащего газа начинается при более низких температурах. Так, пиролиз озвученного метана происходит при 800- 810°С вместо 860-870°С для неозвученного, количество выделенного углерода при озвучивании метана возрастает в среднем на 8,1-17,7% (в зависимости от температуры пиролиза). Наибольшее выделение углерода в акустическом поле наблюдается при уровне звукового давления 130-145 дБ и

частоте колебаний 4-15 кГц. Степень использования метана в акустическом поле возрастает на 13,7-16,3%.

Формула изобретения

1: Способ получения пиролитического

углерода путем термического разложения метана, отличающийся тем. что, с целью интенсификации процесса и повышения степени использования метана, разложение ведут при воздействии акустических колебаний.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что акустические колебания имеют уровень звукового давления 130-145 дБ и частоту 4-15 кГц.

Таблица 1

Сущность изобретения: пиролитический углерод получают путем термического разложения метана при воздействии акустических колебаний с уровнем звукового давления 130-146 дБ и частотой 4-15 кГц. Количество выделившегося углерода возросло на 8,1-17,7% по сравнению с прототипом, степень использования метана - на 13,7-16,3%. 1 з.п. ф-лычЗтабл.

Таблица 2

Таблица 3